(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端状の端部がそれぞれ形成され、水平面に平行な断面の形状が円形である第１および第２部材を備え、
前記第１部材と前記第２部材との対向した間には液状の樹脂材料が介在し、
前記液状の樹脂材料は、水平面に対するみかけの接触角が、前記端部の内方と外方とにおいて異なり、
前記端部の内方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ１の大きさは、前記端部の外方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ２未満であり、
前記第１部材は、前記液状の樹脂材料を介して前記第２部材上に載置され、
前記第１部材および前記第２部材が、それらの前記端部の外方まで前記液状の樹脂材料によって濡れている状態にて静的な釣合い状態となっているセルフアライメント構造を形成するためのセルフアライメント方法であって、
前記セルフアライメント構造の液状の樹脂材料が硬化する前の状態で、前記第２部材上に前記液状の樹脂材料を介して前記第１部材を載置し、前記液状の樹脂材料の表面張力によって、前記第１部材を水平面に平行な方向へ移動させることで、第１部材と第２部材との端部の位置を整合させるものであり、
前記液状の樹脂材料の表面張力をγ、前記第１部材及び前記第２部材の水平面に平行な断面の半径をｒ、前記第１部材の外方に接合される第３部材の重量をＷ１、前記端部の内方における前記液状の樹脂材料の臨界接触角をβｓとしたとき、
前記静的な釣合い状態における前記第１部材と前記第２部材との対向した間に介在した液状の樹脂材料の液滴の第１主曲率半径Ｒ１、第２主曲率半径Ｒ２、及び前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の内外部の圧力差ΔＰを
Ｒ２＝ｒ／ｃｏｓβｓ
ΔＰ＝（γｃｏｓβｓ・２πｒ＋Ｗ１）／πｒ２
Ｒ１＝γ・Ｒ２／（ΔＰ・Ｒ２−γ）
から算出し、
重力方向をｙ軸、重力に直交する方向をｘ軸として、前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の体積Ｖｓを
0005514171.tif 000006
から算出し、
体積Ｖｓの前記液状の樹脂材料を初期供給する
ことを特徴とするセルフアライメント方法。
【請求項２】
無端状の端部がそれぞれ形成され、水平面に平行な断面の形状が円形である第１および第２部材を備え、
前記第１部材と前記第２部材との対向した間には液状の樹脂材料が介在し、
前記液状の樹脂材料は、水平面に対するみかけの接触角が、前記端部の内方と外方とにおいて異なり、
前記端部の内方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ１の大きさは、前記端部の外方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ２未満であり、
前記第１部材は、前記液状の樹脂材料を介して前記第２部材に吊上げられ、
前記第１部材および前記第２部材が、それらの前記端部の外方まで前記液状の樹脂材料によって濡れている状態にて静的な釣合い状態となっているセルフアライメント構造を形成するためのセルフアライメント方法であって、
前記セルフアライメント構造の液状の樹脂材料が硬化する前の状態で、前記第２部材によって前記液状の樹脂材料を介して前記第１部材を吊上げ、前記液状の樹脂材料の表面張力によって、前記第１部材を水平面に平行な方向へ移動させることで、第１部材と第２部材との端部の位置を整合させるものであり、
前記液状の樹脂材料の表面張力をγ、前記第１部材及び前記第２部材の水平面に平行な断面の半径をｒ、前記第１部材の外方に接合される第３部材の重量をＷ１、前記端部の内方における前記液状の樹脂材料の臨界接触角をβｓとしたとき、
前記静的な釣合い状態における前記第１部材と前記第２部材との対向した間に介在した液状の樹脂材料の液滴の第１主曲率半径Ｒ１、第２主曲率半径Ｒ２、及び前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の内外部の圧力差ΔＰを
Ｒ２＝ｒ／ｃｏｓβｓ
ΔＰ＝（γｃｏｓβｓ・２πｒ−Ｗ１）／πｒ２
Ｒ１＝γ・Ｒ２／（ΔＰ・Ｒ２−γ）
から算出し、
重力方向をｙ軸、重力に直交する方向をｘ軸として、前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の体積Ｖｓを
0005514171.tif 000007
から算出し、
体積Ｖｓの前記液状の樹脂材料を初期供給する
ことを特徴とするセルフアライメント方法。
【請求項３】
前記端部の内方でのみかけの接触角θ１が、９０度未満である前記液状の樹脂材料を用いる
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のセルフアライメント方法。
【請求項４】
前記第１部材と前記第２部材との間には、球体がさらに介在する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセルフアライメント方法。
【請求項５】
前記第２部材の外方には、前記第２部材に接合して第４部材が設けられ、
前記第３部材と前記第４部材との間には、球体が介在する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のセルフアライメント方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高密度微細実装および光デバイス・素子の実装等において高精度に位置決めをすることのできるセルフアライメント方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高度情報化およびマルチメディア化の進展に伴い、膨大な量の情報を高速に伝送し処理をすることが必要とされ、これらの要求を実現するために情報、通信機器およびコンピュータなどの処理能力を向上することが望まれている。情報、通信機器およびコンピュータなどの電子機器における伝送および処理速度の高速化、高機能化さらに信頼性向上を達成するために、電子部品の高密度微細実装技術の向上が図られている。また、情報通信の一層の高速化および大容量化の実現に向けて光デバイス・素子の開発が進められており、これらの光デバイス・素子の実装技術も重要な開発課題となっている。
【０００３】
高密度微細実装および光デバイス・素子の実装には、高度な位置決め技術が必要とされ、これを実現する一つの手段として、画像センシングと高精度な移動ステージとを用いた実装装置が用いられているけれども、高精度な実装を実現するためには、位置決めに長時間を要し、また装置の価格が高価になってしまうという問題がある。
【０００４】
この問題を解決する先行技術は、特開平５−２７１４０公報および特開平６−８８９１７公報などに開示されている。特開平５−２７１４０公報に開示されている技術は、光導波路素子の接合端面及び光ファイバ端末の接続端面に少なくとも一対の金属パッドをそれぞれに設け、この金属パッドに、たとえばＰｂＳｎはんだまたはＡｕＳｎはんだからなるバンプを形成し、このバンプを加熱・溶融し、溶融はんだの表面張力を利用して光導波路素子と光ファイバ端子との位置決めを行い、その後はんだの凝固によって金属パッドを接着して前記光導波路素子と、光ファイバ端末とを端面結合させるというものである。
【０００５】
また、特開平６−８８９１７公報に開示されている技術は、表面に金属パッドが形成された保持板の金属パッド上にはんだバンプを形成し、基板に光導波路及び金属パッドが形成された光導波路素子と表面に金属パッドが形成された光ファイバ端末とを互いの端面を対向させて前記保持板のはんだバンプ上に載置して仮接続した後、前記はんだバンプを加熱・溶融し、溶融はんだの表面張力を利用して光導波路素子と光ファイバ端子との位置決めを行い、その後はんだの凝固によって光導波路素子と光ファイバ端子との接続を行うというものである。
【０００６】
これらの先行技術に用いられている溶融はんだの表面張力によるセルフアライメントについて、以下に説明する。図２４は、溶融はんだ１の金属板２および樹脂基板３に対する濡れ性を示す概略断面図である。図２４（ａ）に示すように、溶融はんだ１は、金属板２に対する濡れ性が良く、水平面に対するみかけの接触角θ１１は、９０度未満になる。一方図２４（ｂ）に示すように、溶融はんだ１は、樹脂基板３に対する濡れ性が悪く、水平面に対するみかけの接触角θ１２は、９０度以上になる。このような溶融はんだ１の濡れ性を利用し、図２４（ｃ）に示すように、樹脂基板３の内方に金属板２を設け、金属板２上に溶融はんだ１の液滴を供給すると、溶融はんだ１は、濡れ性の悪い樹脂基板３上には広がらず、金属板２と樹脂基板３との境界４において、樹脂基板３に対するみかけの接触角θ１３を有し、溶融はんだ１の表面張力と溶融はんだ１の液滴に作用する内外部の圧力差とが、静的に釣合う状態になる。
【０００７】
図２５は、溶融はんだ１の表面張力を利用したセルフアライメントを示す概略断面図である。たとえばシリコン（Ｓｉ）チップ５と樹脂基板６とを位置決めする場合、金属板７とＳｉチップ５との境界および金属板７と樹脂基板６との境界同志が整合するとき、Ｓｉチップ５と樹脂基板６との位置決めができるように、Ｓｉチップ５と樹脂基板６との対向する面に金属板７をそれぞれ設ける。図２５（ａ）では、樹脂基板６の内方に設けられた金属板７上に溶融はんだ１を供給したとき、溶融はんだ１は、濡れ性の悪い樹脂基板６上には広がらず、濡れ性の良い金属板７上において溶融はんだ１の表面張力と液滴に作用する内外圧差とが釣合うように球状化して安定な状態になる。このとき、樹脂基板６は、基台８上に置かれる。
【０００８】
溶融はんだ１を介してＳｉチップ５を樹脂基板６上に載置する。図２５（ｂ）に示すようにＳｉチップ５と樹脂基板６との位置がずれている場合、介在する溶融はんだ１は、当初金属板７の端部９において大きな接触角θ１４を有するゆがんだ状態であるけれども、その後溶融はんだ１の表面張力と液滴の内外部の圧力差とによって、溶融はんだ１の液滴は静的な釣合う状態になろうとする。このとき、拘束されていないＳｉチップ５は、溶融はんだ１の表面張力によって、水平面に平行な方向に移動される。図２５（ｃ）に示すように、溶融はんだ１の液滴は、濡れ性の悪いＳｉチップ５および樹脂基板６には広がらず、濡れ性の良い金属板７に接する領域でのみ広がる。また溶融はんだ１の液滴は、液滴高さｈを有し金属板７と樹脂基板６との境界９において接触角θ１５を有する円弧状の曲面を形成して静的な釣合い状態になる。溶融はんだ１の表面張力によって、Ｓｉチップ５が水平面に平行な方向に移動された結果、Ｓｉチップ５と金属板７とによって形成される境界１０と、樹脂基板６と金属板７とによって形成される境界９とが整合し、溶融はんだ１によるセルフアライメントが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２７１４０号公報
【特許文献２】特開平６−８８９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの先行技術には、以下のような問題点がある。前述のように、先行技術では、光導波路素子と光ファイバ端子とを接続する際の位置決めに、溶融はんだの表面張力に基づくセルフアライメント機能を利用するので、実装される部品がはんだの溶融温度にさらされるという問題がある。
【００１１】
たとえば光素子として知られるガリウムヒ素（ＧａＡｓ）の耐熱温度は、約１５０℃であり、またスズビスマス（ＳｎＢｉ）の耐熱温度は、約１５０〜１６０℃である。一方前述のＳｎＰｂはんだの融点は、約１８０〜２５０℃であり、またＡｕＳｎはんだの融点は、約２８０℃であり、前記ＧａＡｓおよびＳｎＢｉの耐熱温度よりも高い。
【００１２】
したがって、実装のために、はんだが溶融する温度まで加熱することによって、耐熱温度のあまり高くない光素子が高熱にさらされて、その性能を劣化させる恐れがある。またはんだ付けには、腐食性のあるフラックスが使用されるので、実装部品の腐食を防止するために、はんだによってセルフアライメントおよび実装を行った後、実装部品を洗浄しなければならないという問題がある。
【００１３】
はんだのように高温に加熱する必要のない材料として、樹脂材料による接着剤が注目されている。樹脂材料による接着剤は、低温接続が可能であり、また導電性などの機能を有するものも開発され、フリップチップの接続等の実装に用いられるようになっているけれども、液状の樹脂材料の表面張力は、たとえば溶融ＰｂＳｎはんだのほぼ１／１０以下と小さいので、セルフアライメント機能を発現させることが困難とされている。
【００１４】
本発明の目的は、電子部品および光デバイス・素子などの実装において、高価な実装装置を用いることなく、また高温に加熱することなく、液体による高精度な位置決め機能を発現することのできるセルフアライメント方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、無端状の端部がそれぞれ形成され、水平面に平行な断面の形状が円形である第１および第２部材を備え、前記第１部材と前記第２部材との対向した間には液状の樹脂材料が介在し、前記液状の樹脂材料は、水平面に対するみかけの接触角が、前記端部の内方と外方とにおいて異なり、前記端部の内方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ１の大きさは、前記端部の外方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ２未満であり、前記第１部材は、前記液状の樹脂材料を介して前記第２部材上に載置され、前記第１部材および前記第２部材が、それらの前記端部の外方まで前記液状の樹脂材料によって濡れている状態にて静的な釣合い状態となっているセルフアライメント構造を形成するためのセルフアライメント方法であって、前記セルフアライメント構造の液状の樹脂材料が硬化する前の状態で、前記第２部材上に前記液状の樹脂材料を介して前記第１部材を載置し、前記液状の樹脂材料の表面張力によって、前記第１部材を水平面に平行な方向へ移動させることで、第１部材と第２部材との端部の位置を整合させるものであり、前記液状の樹脂材料の表面張力をγ、前記第１部材及び前記第２部材の水平面に平行な断面の半径をｒ、前記第１部材の外方に接合される第３部材の重量をＷ１、前記端部の内方における前記液状の樹脂材料の臨界接触角をβｓとしたとき、前記静的な釣合い状態における前記第１部材と前記第２部材との対向した間に介在した液状の樹脂材料の液滴の第１主曲率半径Ｒ１、第２主曲率半径Ｒ２、及び前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の内外部の圧力差ΔＰを
Ｒ２＝ｒ／ｃｏｓβｓ
ΔＰ＝（γｃｏｓβｓ・２πｒ＋Ｗ１）／πｒ２
Ｒ１＝γ・Ｒ２／（ΔＰ・Ｒ２−γ）
から算出し、重力方向をｙ軸、重力に直交する方向をｘ軸として、前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の体積Ｖｓを
0005514171.tif 000002
から算出し、体積Ｖｓの前記液状の樹脂材料を初期供給することを特徴とするセルフアライメント方法である。
また、本発明は、無端状の端部がそれぞれ形成され、水平面に平行な断面の形状が円形である第１および第２部材を備え、前記第１部材と前記第２部材との対向した間には液状の樹脂材料が介在し、前記液状の樹脂材料は、水平面に対するみかけの接触角が、前記端部の内方と外方とにおいて異なり、前記端部の内方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ１の大きさは、前記端部の外方における前記液状の樹脂材料のみかけの接触角θ２未満であり、前記第１部材は、前記液状の樹脂材料を介して前記第２部材に吊上げられ、前記第１部材および前記第２部材が、それらの前記端部の外方まで前記液状の樹脂材料によって濡れている状態にて静的な釣合い状態となっているセルフアライメント構造を形成するためのセルフアライメント方法であって、前記セルフアライメント構造の液状の樹脂材料が硬化する前の状態で、前記第２部材によって前記液状の樹脂材料を介して前記第１部材を吊上げ、前記液状の樹脂材料の表面張力によって、前記第１部材を水平面に平行な方向へ移動させることで、第１部材と第２部材との端部の位置を整合させるものであり、前記液状の樹脂材料の表面張力をγ、前記第１部材及び前記第２部材の水平面に平行な断面の半径をｒ、前記第１部材の外方に接合される第３部材の重量をＷ１、前記端部の内方における前記液状の樹脂材料の臨界接触角をβｓとしたとき、前記静的な釣合い状態における前記第１部材と前記第２部材との対向した間に介在した液状の樹脂材料の液滴の第１主曲率半径Ｒ１、第２主曲率半径Ｒ２、及び前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の内外部の圧力差ΔＰを
Ｒ２＝ｒ／ｃｏｓβｓ
ΔＰ＝（γｃｏｓβｓ・２πｒ−Ｗ１）／πｒ２
Ｒ１＝γ・Ｒ２／（ΔＰ・Ｒ２−γ）
から算出し、重力方向をｙ軸、重力に直交する方向をｘ軸として、前記静的な釣合い状態での前記液状の樹脂材料の体積Ｖｓを
0005514171.tif 000003
から算出し、体積Ｖｓの前記液状の樹脂材料を初期供給することを特徴とするセルフアライメント方法である。
【００１６】
ここで、前記無端状の端部とは、断絶部および継ぎ目などを含まない連続して形成された端部のことをいう。また、前記第１および第２部材の前記端部まで前記液状の樹脂材料によって濡れている状態とは、前記液状の樹脂材料が液状のまま、前記第１および第２部材の前記端部まで接触している状態をいう。
【００１７】
また、前記端部の内方でのみかけの接触角θ１が、９０度未満である前記液状の樹脂材料を用いることが好ましい。
【００２０】
また、前記第１部材と前記第２部材との間には、球体がさらに介在することが好ましい。
【００２１】
また、前記第２部材の外方には、前記第２部材に接合して前記第４部材が設けられ、前記第３部材と前記第４部材との間には、球体が介在することが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、電子部品および光デバイス・素子などの実装において、高価な実装装置を用いることなく、また高温に加熱することなく、液状の樹脂材料による高精度な位置決め機能を発現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の一形態であるセルフアライメント構造の構成を簡略化して示す側面図である。
【図２】図１に示すセルフアライメント構造の要部拡大図である。
【図３】液体状のエポキシ樹脂の金属板および樹脂基板に対する濡れ性を示す概略断面図である。
【図４】第１部材を液状の樹脂材料を介して第２部材上に載置した場合の静的な釣合い状態を説明する図である。
【図５】液状の樹脂材料を介して第１部材を第２部材によって吊上げた場合の静的な釣合い状態を説明する図である。
【図６】ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式による液状の樹脂材料のセルフアライメントを説明する図である。
【図７】ｐｕｌｌ  ｕｐ方式による液状の樹脂材料のセルフアライメントを説明する図である。
【図８】静的な釣合い状態にある液滴の形状を数値解析によって求める動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式における液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図である。
【図１０】ｐｕｌｌ  ｕｐ方式における液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態であるセルフアライメント構造の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態であるセルフアライメント構造の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１３】図１２に示すセルフアライメント構造のうち第２および第４部材の構成を簡略化して示す平面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態であるセルフアライメント構造のうち第１および第３部材の構成を簡略化して示す平面図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態であるセルフアライメント構造のうち第１および第３部材の構成を簡略化して示す平面図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態であるセルフアライメント構造５１のうち第１および第３部材５２，１７の構成を簡略化して示す平面図である。
【図１７】本発明の第７の実施の形態であるセルフアライメント構造のうち第１および第３部材の構成を簡略化して示す概略断面図である。
【図１８】セルフアライメント精度の測定に使用したセルフアライメント構造の各部材寸法を示す。
【図１９】セルフアライメント測定装置の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２０】ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式におけるセルフアライメント精度測定結果を示す図である。
【図２１】ｐｕｌｌ  ｕｐ方式におけるセルフアライメント精度測定結果を示す図である。
【図２２】ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式におけるパッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を示す図である。
【図２３】ｐｕｌｌ  ｕｐ方式におけるパッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を示す図である。
【図２４】溶融はんだの金属板および樹脂基板に対する濡れ性を示す概略断面図である。
【図２５】溶融はんだの表面張力を利用したセルフアライメントを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１は本発明の実施の一形態であるセルフアライメント構造１１の構成を簡略化して示す側面図であり、図２は図１に示すセルフアライメント構造１１の要部拡大図である。セルフアライメント構造１１は、無端状の端部１５，１６がそれぞれ形成される第１部材１２と第２部材１３とを備え、第１部材１２と第２部材１３との間には液体１４（液状の樹脂材料）が介在し、液体１４は、水平面に対するみかけの接触角が、前記端部１５，１６の内方と外方とにおいて異なる。図１（ａ）および図１（ｂ）は、第２部材１３に液体１４が供給された状態を示し、端部１６の内方における液体１４の接触角θ１の大きさは、端部１６の外方における液体１４のみかけの接触角θ２未満である。また、図１（ｃ）に示すように、セルフアライメント構造１１は、第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６まで液体１４によって濡れている。ここで、水平面とは、重力の直交面に対して平行な面である。また水平面に対するみかけの接触角を、以後、接触角と略称することがある。
【００３４】
第１および第２部材１２，１３は、水平面に平行な断面形状が円形を有する短い円柱状の部材であり、たとえば銅合金製である。第１および第２部材１２，１３は、パッドと通称されており、ここでは第１および第２部材１２，１３を、それぞれ第１および第２パッドと呼ぶことがある。本実施の形態では、第１および第２部材１２，１３は、銅合金製であるけれども、これに限定されることなく、ステンレスなどの銅合金以外の金属製であってもよく、またプラスチックなど金属以外の素材であってもよい。第１部材１２は、第２部材１３に対向する第１対向面３１と第１側面３２とを有し、第１部材１２の外方である第１対向面３１の反対側には、第１部材１２に接合して第３部材１７が設けられる。また、第２部材１３は、第１部材１２に対向する第２対向面３３と第２側面３４とを有し、第２部材１３の外方である第２対向面３３の反対側には、第２部材１３に接合して第４部材１８が設けられる。
【００３５】
第３部材１７は、たとえばＳｉチップのような搭載される部材であり、水平面に平行な断面形状が方形であり、その一辺の長さは第１部材１２である円柱の直径の大きさを超えるように形成される。また、第４部材１８は、電子部品を搭載するたとえば基板であり、水平面に平行な断面形状が方形であり、その一辺の長さは第２部材１３である円柱の直径の大きさを超えるように形成される。
【００３６】
第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６同志が整合されるとき、搭載される部材である第３部材１７と、基板である第４部材１８との位置決めがなされるように、第１部材１２と第３部材１７との位置関係を定めて第１部材１２に第３部材１７が設けられ、また第２部材１３と第４部材１８との位置関係を定めて第２部材１３に第４部材１８が設けられる。したがって、位置決めの精度は、第１および第２部材１２，１３の無端状の端部１５，１６同志の整合する精度に依存するので、第１および第２部材１２，１３の寸法は、高い精度をもって形成される必要がある。ここで、無端状の端部１５，１６とは、断絶部および継ぎ目などを含まない連続して形成された端部のことをいう。また、第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６まで液体１４によって濡れている状態とは、液体１４が液状のまま、第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６まで接触している状態をいう。
【００３７】
液体１４は、熱硬化などによって接着性を発現するたとえばエポキシ樹脂またはポリイミドなどが適しており、本実施の形態ではエポキシ樹脂を用いた。図３は、液体状のエポキシ樹脂２１の金属板および樹脂基板２３に対する濡れ性を示す概略断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、液体状のエポキシ樹脂２１を第１金属板２２および樹脂基板２３上に供給した状態を示す。このときのエポキシ樹脂２１の液滴の量は、第１金属板２２および樹脂基板２３の端部まで濡れることがない程度の量である。エポキシ樹脂２１は、表面張力が小さく濡れ性がよいので、第１金属板２２および樹脂基板２３のいずれに対しても、９０度未満の接触角θ１６が形成される。したがって、図３（ｃ）に示すように、樹脂基板２３の内方に第２金属板２４を設け、第２金属板２４上にエポキシ樹脂２１を供給した場合であっても、エポキシ樹脂２１は、第２金属板２４上にとどまることなく、第２金属板２４と樹脂基板２３との境界２６を超えて樹脂基板２３上にまで広がる。
【００３８】
図３（ｄ）は、樹脂基板２３上に短い円柱状の第３金属板２５を突出して設け、第３金属板２５に無端状の端部２７を形成させた状態を示す。この第３金属板２５上にエポキシ樹脂２１の液滴を、第３金属板２５の端部２７まで濡れるように供給するとき、第３金属板２５の端部２７外方におけるエポキシ樹脂２１の接触角θ１７が形成される。第３金属板２５に無端状の端部２７を形成させることによって、図３（ａ）に示したようなエポキシ樹脂２１の第１金属板２２に対する接触角θ１６は、円柱状の形状を有する第３金属板２５の側面２８に対する接触角θ１６となる。したがって、エポキシ樹脂２１の液滴が供給された第３金属板２５の上面２９に対する端部２７外方における接触角θ１７は、（θ１６＋π／２）で与えられる。
【００３９】
無端状の端部が形成された部材を設けることによって、表面張力が小さく濡れ性のよい液体であっても、部材の端部内方に形成される接触角の大きさを超える接触角を端部外方に形成させ、部材上に液体を保持させることができる。このことを利用し、表面張力が小さく濡れ性のよい液体を用いて、従来の溶融はんだと同様のセルフアライメント機能を発現させることができる。
【００４０】
図１に戻り、再びセルフアライメント構造１１について説明する。図１（ａ）は、第２部材１３の第２対向面３３上に供給された液体１４の液滴量が少なく、第２部材１３の端部１６まで濡れていない状態である。したがって、第２部材１３の端部１６内方に液体１４の接触角θ１が形成され、その接触角θ１は９０度未満である。
【００４１】
図１（ｂ）は、第２部材１３の第２対向面３３上に供給する液体１４の量を増加し、第２部材１３の端部１６まで液体１４によって濡れている状態である。液体１４の接触角は、図１（ａ）に示した端部１６内方の接触角θ１から、端部１６外方の接触角θ２に変化する。この接触角θ２は、前述のように、（θ１＋π／２）である。
【００４２】
すなわち、液体１４の接触角θ２は、巨視的には端部１６において形成されるけれども、微視的には図２に示すように第２部材１３の端部１６外方まで液体１４によって濡れているので、端部１６外方すなわち第２部材１３の第２側面３４において形成される接触角θ１と、第２部材１３の第２側面３４と第２対向面３３とのなす角度π／２との和（θ１＋π／２）である。
【００４３】
図１（ｃ）は、第１部材１２を、液体１４を介して第２部材１３上に載置した状態を示す。このことによって、第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６まで、液体１４によって濡れている状態になり、セルフアライメント構造１１が構成される。セルフアライメント構造１１が構成されると、液体１４によって形成される液滴は、液滴の内部および外部に作用する圧力差と、液体１４の表面張力とが静的に釣合う状態で、安定した形状に形成される。
【００４４】
第１部材１２および第１部材１２に設けられる第３部材１７は、液体１４を介して第２部材１３上に載置されるとき、拘束を受けていないので、水平面に平行な方向に移動することができる。したがって、液体１４によって形成される液滴は、静的な釣合い状態になる過程において、その表面張力によって第１部材１２および第３部材１７を、水平面に平行な方向に駆動する。液体１４の表面張力によって駆動された第１部材１２が、第１および第２部材１２，１３それぞれの端部１５，１６同志が整合する位置まで移動したとき、液体１４によって形成される液滴は静的な釣合い状態となり、第１および第２部材１２，１３の位置決めが達成される。すなわち、液体１４による第１および第２部材１２，１３、また第３および第４部材１７，１８のセルフアライメントが行われる。
【００４５】
次に、液体１４によって形成される液滴の静的な釣合い状態について説明する。図４は、液体１４を介して第２部材１３上に第１部材１２を載置した場合の静的な釣合い状態を説明する図である。本実施の形態では、チップを第３部材１７として用い、基板を第４部材１８として用いている。以後、第３部材１７をチップ１７と呼ぶことがあり、第４部材１８を基板１８と呼ぶことがある。また、液滴の静的な釣合いに関して以下の仮定を設ける。
【００４６】
（ａ）第１および第２パッド１２，１３の水平面に平行な断面形状は円形であり、その半径およびチップ１７および基板１８に設けられる位置は一致する。
（ｂ）液体１４によって形成される液滴は、軸対称形である。
（ｃ）液滴の曲面は、円弧である。
（ｄ）重力の影響は、無視する。
【００４７】
図４（ａ）は、前述の図１（ｃ）同様に液体１４を介して第１パッド１２を、第２パッド１３上に載置した状態であるので、同一の参照符号を付して説明を省略する。液滴の内部および外部の圧力差Δｐと表面張力γとの静的な力の釣合いは、式（１）によって与えられる。
ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐａ＝γ｛（１／Ｒ１）＋（１／Ｒ２）｝  …（１）
ここで、ΔＰ：液滴の内外部の圧力差
Ｐｏ：液滴の内部圧力
Ｐａ：液滴の外部圧力
γ  ：液滴の表面張力
Ｒ１：液滴の第１主曲率半径
Ｒ２：液滴の第２主曲率半径
【００４８】
液滴の第１および第２主曲率半径Ｒ１およびＲ２は、第１および第２パッド１２，１３の間隔、すなわち液滴の釣合い高さｈｓにおける液滴表面の主曲率半径であり、液滴の内側にある場合を正とし、外側にある場合を負とする。
【００４９】
図４（ｂ）に示す静的な釣合い状態の液滴最上部における重力方向の力の釣合いは、式（２）によって与えられる。
γｃｏｓβｓ・２πｒ＋ｍｇ＝ΔＰ・πｒ２              …（２）
ここで、βｓ：パッド端部内方における液滴の臨界接触角
（＝θｓ−π／２）
θｓ：パッド端部における擬似臨界接触角
ｍｇ：チップ重量
ｒ  ：パッドの半径
【００５０】
チップ１７重量ｍｇは、厳密にはチップ１７重量と第１パッド１２重量との和であるけれども、第１パッド１２重量が、チップ１７重量に比べて小さいので、以後チップ１７重量ｍｇと呼び、Ｗ（＝ｍｇ）にて表記することがある。
【００５１】
第２主曲率半径Ｒ２は、液滴の幾何学的形状から式（３）によって与えられ、また第１主曲率半径Ｒ１は、式（３）および式（１）の関係から式（４）によって与えられる。
Ｒ２＝ｒ／ｃｏｓβｓ                                …（３）
Ｒ１＝γ・Ｒ２／（ΔＰ・Ｒ２−γ）                  …（４）
【００５２】
また、静的な釣合い状態での液滴体積Ｖｓは、重力方向をｙ軸、重力に直交する方向をｘ軸とすると、式（５）によって与えられる。
【００５３】
【数１】
0005514171.tif 000004
【００５４】
ここで、液滴の釣合い高さｈｓは、式（６）によって与えられる。
ｈｓ＝２・Ｒ１ｓｉｎβｓ                            …（６）
【００５５】
したがって、前述のような仮定のもとにおいて、静的な釣合い状態にある液滴の形状は、液滴体積Ｖｓ、表面張力γおよび液滴の内外部の圧力差ΔＰによって求めることができる。さらに液滴の内外部の圧力差ΔＰは、チップ１７重量Ｗ（＝ｍｇ）、パッド半径ｒおよび表面張力γによって求めることができるので、静的な釣合い状態にある液滴の形状を、数値解析によって求めることが可能となる。
【００５６】
液体１４を介して第１部材１２を第２部材１３上に載置し、液体１４によって形成される液滴の静的な釣合いを利用したセルフアライメント機能の発現によって、第１および第２部材１２，１３の位置決めをすることを、以後ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式と呼ぶ。
【００５７】
静的な釣合い状態は、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式だけでなく、第１部材１２を、液体１４を介して第２部材１３によって吊上げることによっても実現することができる。図５は、液体１４を介して第１部材１２を第２部材１３によって吊上げた場合の静的な釣合い状態を説明する図である。図５に示す液滴の静的な釣合い状態は、前述のｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、図５（ｂ）に示す静的な釣合い状態の液滴最上部における重力方向の力の釣合いであり、前述のｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式の式（２）に代えて、式（７）によって与えられる。
γｃｏｓβｓ・２πｒ−ｍｇ＝ΔＰ・πｒ２              …（７）
【００５８】
式（２）に代わる式（７）以外の静的な釣合い状態にある液滴の形状に関する関係式は、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式の場合と同一である。このような、液体１４を介して第１部材１２を第２部材１３によって吊上げ、液体１４によって形成される液滴の静的な釣合いを利用したセルフアライメント機能の発現によって、第１および第２部材１２，１３の位置決めをすることを、以後ｐｕｌｌ  ｕｐ方式と呼ぶ。
【００５９】
図６はｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式による液体１４のセルフアライメントの動作を説明する図であり、図７はｐｕｌｌ  ｕｐ方式による液体１４のセルフアライメントの動作を説明する図である。図６（ａ）では、第２部材１３の第２対向面３３に液体１４が供給される。液体１４の供給量は、第２部材１３の端部１６まで濡らすことのできる量である。ここで、第２部材１３および第２部材１３に接合して設けられる第４部材１８は、基台３６上に置かれる。図６（ｂ）では、第１部材１２が、液体１４を介して第２部材１３上に載置される。このとき、液体１４は、第１部材１２の第１対向面３１と第２部材１３の第２対向面３３との間に介在する。
【００６０】
図６（ｃ）では、液体１４は、第１部材１２の第１対向面３１と第２部材１３の第２対向面３３との間で濡れ広がるとともに、液体１４によって形成される液滴の形状が安定する静的な釣合い状態になるように動作する。このとき、第１部材１２および第１部材１２に接合して設けられる第３部材１７は、液滴の静的な釣合い状態で安定しようとする駆動力によって、矢符３７方向に移動する。また、第１部材１２および第１部材１２に接合して設けられる第３部材１７は、その重量と液滴の静的な釣合い形状とが平衡する位置まで矢符３８方向にも移動する。
【００６１】
図６（ｄ）では、第１部材１２が、液体１４の前記駆動力によって移動した結果、第１および第２部材１２，１３のそれぞれの端部１５，１６まで液体１４によって濡れた状態となる。液体１４は、第１および第２部材１２，１３それぞれの端部１５，１６において、擬似臨界接触角θｓを形成して安定な釣合い状態の液滴を形成する。このとき、第１および第２部材１２，１３それぞれの端部１５，１６同志が整合し、第１および第２部材１２，１３、また第３および第４部材１７，１８の位置決めが実現される。
【００６２】
図７に示すｐｕｌｌ  ｕｐ方式の場合、第１部材１２が液体１４を介して第２部材１３に吊上げられることを除いて、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式と類似の動作によって、セルフアライメントが行われるので、説明を省略する。
【００６３】
図６および図７に示したようなセルフアライメント機能を発現し静的な釣合い状態にある液滴の形状は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を搭載したコンピュータなどを用いて、数値解析によって求めることができる。図８は、静的な釣合い状態にある液滴の形状を数値解析によって求める動作を説明するためのフローチャートである。
【００６４】
ステップｓ１では、データすなわち初期供給する液体１４の液滴体積Ｖｏ、パッド半径ｒおよびチップ１７重量Ｗを入力する。ステップｓ２では、擬似臨界接触角θｓの値を仮定して入力する。ステップｓ３では、前記式（１）〜（６）または式（７）に従って第１および第２主曲率半径Ｒ１，Ｒ２、液滴内外部の圧力差ΔＰおよび釣合い状態にある液滴の体積Ｖｓを演算する。
【００６５】
ステップｓ４では、演算結果である釣合い状態にある液滴の体積Ｖｓと、初期供給する液滴の体積Ｖｏとが一致しているかが判断される。この判断が否定であれば、ステップｓ２に戻り、擬似臨界接触角θｓの仮定値を変更して入力し、以降のステップに進む。この判断が肯定であれば、ステップｓ５に進む。ステップｓ５では、数値解析結果である液滴の内外部の圧力差ΔＰ、第１および第２主曲率半径Ｒ１，Ｒ２、擬似臨界接触角θｓおよび液滴の釣合い高さｈｓの確定した値が得られる。
【００６６】
式（１）〜（６）または式（７）に基づき、図８に示すフローチャートに従って得られた液滴形状の数値解析結果を、ＢｒａｋｋｅのSurface Evolver 2.10プログラムによる表面エネルギに基づく液滴形状のシミュレーション結果と比較し検証した。
【００６７】
図９はｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式における液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図であり、図１０はｐｕｌｌ  ｕｐ方式における液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す図である。図９中の第１曲線４１は、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式において、数値解析した結果得られた液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す曲線であり、○印はSurface Evolverのシミュレーションによって得られた結果を表す。また、図１０中の第２曲線４２は、ｐｕｌｌ  ｕｐ方式において、数値解析した結果得られた液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係を示す曲線であり、○印はSurface Evolverのシミュレーションによって得られた結果を表す。ここで、第１および第２部材１２，１３との間に介在する液体１４によって形成される液滴を、以後バンプと呼ぶことがある。
【００６８】
ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式およびｐｕｌｌ  ｕｐ方式のいずれにおいても、Surface Evolverのシミュレーションでの結果得られた液滴の体積Ｖｓと液滴の釣合い高さｈｓとの関係は、第１および第２曲線４１，４２上に位置し、数値解析結果と一致する。すなわち、液滴の内外部の圧力差ΔＰと液滴の表面張力γとの釣合いに基づき、数値解析した液滴の形状と、Surface Evolverのシミュレーションによって求めた液滴の形状とは、ほぼ一致する。
【００６９】
図１１は、本発明の第２の実施の形態であるセルフアライメント構造４３の構成を簡略化して示す概略断面図である。本実施の形態のセルフアライメント構造４３は、実施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、第１部材１２と第２部材１３との間には、第１球体４４がさらに介在することである。
【００７０】
第１球体４４は、金属製の硬球であり、１組の第１および第２部材１２，１３の間に１個、すなわち１バンプあたり１個が用いられる。本実施の形態では、第１球体４４は、金属製であるけれども、これに限定されることなく、硬質プラスチックなどの高分子材料であってもよく、第１部材１２および第３部材１７の重量を支持し、球状の形状を維持してころがり移動することができるものであればよい。また、本実施の形態では、第１球体４４の数は、１バンプあたり１個であるけれども、これに限定されることなく、１バンプあたり複数の第１球体４４が用いられてもよい。
【００７１】
第１球体４４は、第１部材１２と第２部材１３との間においてころがり移動することができるので、液体１４のセルフアライメント機能の発現によって、第１部材１２が水平面に平行な方向に移動することを妨げることがない。また、第１球体４４の直径ｄ１の大きさを予め定める値に作成することによって、第１および第２部材１２，１３の水平面に平行な方向の位置決めをするとともに、第１部材１２と第２部材１３との間隔を第１球体４４の直径ｄ１の大きさに定めることができる。このことによって、液体のセルフアライメント機能の発現による水平面に平行な方向のアライメントに加え、水平面に垂直な方向の位置決めもすることができる。すなわち、第１球体４４を第１および第２部材１２，１３の間に介在させることによって、第１および第２部材１２，１３の３次元の位置決めをすることができる。
【００７２】
図１２は本発明の第３の実施の形態であるセルフアライメント構造４５の構成を簡略化して示す概略断面図であり、図１３は図１２に示すセルフアライメント構造４５のうち第２および第４部材１３，１８の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態のセルフアライメント構造４５は、実施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、第３部材１７と第４部材１８との間には、第２球体４６が介在することである。
【００７３】
第２球体４６は、金属製の硬球であり、１組の第３および第４部材１７，１８の間に４個が用いられる。本実施の形態では、第２球体４６は、金属製であり、１組の第３および第４部材１７，１８の間に４個が用いられるけれども、これに限定されることなく、実施の第２の形態と同様に、第１部材１２および第３部材１７の重量を支持し、球状の形状を維持してころがり移動することができるものであればよく、また、１組の第３および第４部材１７，１８あたり４個を超える数の第２球体４６が用いられてもよい。
【００７４】
第２球体４６は、第３部材１７と第４部材１８との間においてころがり移動することができるので、液体１４のセルフアライメント機能の発現によって、第１および第３部材１２，１７が水平面に平行な方向に移動することを妨げることがない。また、第２球体４６の直径ｄ２の大きさを予め定める値に作成することによって、第１および第２部材１２，１３、また第３および第４部材１７，１８の水平面に平行な方向の位置決めをするとともに、第３部材１７と第４部材１８との間隔を第２球体４６の直径ｄ２の大きさに定めることができる。このことによって、液体１４のセルフアライメント機能の発現による水平面に平行な方向のアライメントに加え、水平面に垂直な方向の位置決めもすることができる。すなわち、第２球体４６を第３および第４部材１７，１８の間に介在させることによって、第１および第２部材１２，１３、また第３および第４部材１７，１８の３次元の位置決めをすることができる。
【００７５】
図１４は本発明の第４の実施の形態であるセルフアライメント構造４７のうち第１および第３部材４８，１７の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態のセルフアライメント構造４７は、実施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、第１部材４８の水平面に平行な断面形状がリング状を有することである。図示しない第２部材も第１部材４８と同一の形状に形成される。
【００７６】
図１５は本発明の第５の実施の形態であるセルフアライメント構造４９のうち第１および第３部材５０，１７の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態のセルフアライメント構造４９は、実施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、第１部材５０の水平面に平行な断面形状が長円形を有することである。図示しない第２部材も第１部材５０と同一の形状に形成される。
【００７７】
図１６は本発明の第６の実施の形態であるセルフアライメント構造５１のうち第１および第３部材５２，１７の構成を簡略化して示す平面図である。本実施の形態のセルフアライメント構造５１は、実施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、第１部材５２の水平面に平行な断面形状が楕円形を有することである。図示しない第２部材も第１部材５２と同一の形状に形成される。
【００７８】
実施の第１形態および第４〜第６形態においては、第１および第２部材の水平面に平行な断面の形状は、円形、リング状、長円形および楕円形のいずれかに形成されるので、第１部材に接合して設けられる第３部材１７および第２部材に接合して設けられる第４部材１８の形状に応じて、第１および第２部材の形状を適宜選択することができる。また、第１および第２部材の水平面に平行な断面の形状が、円形またはリング状に形成されるとき、部材の加工が容易であり、アライメント機能の発現に使用される１バンプあたりの液滴量（１組の部材あたりの液体の量）を節減できる。
【００７９】
図１７は、本発明の第７の実施の形態であるセルフアライメント構造５３のうち第１および第３部材５４，１７の構成を簡略化して示す概略断面図である。本実施の形態のセルフアライメント構造５３は、実施の第１形態のセルフアライメント構造１１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。注目すべきは、図示しない第２部材に臨む第１部材５４の第１対向面５５が、円錐状を呈することである。
【００８０】
第１部材５４の第１対向面５５は、平面に限定されることなく、円錐状であってもよく、また凹凸を有する面であってもよい。第１対向面５５の形状にかかわらず、第１部材５４は、端部１５内方における水平面に対するみかけの接触角θ１と、端部１５外方における水平面に対するみかけの接触角θ２とが異なり、接触角θ２＞接触角θ１となる無端状の端部１５が形成されることによって、表面張力が小さく濡れ性のよい液体１４を、第１部材５４の第１対向面５５上に、端部１５において接触角θ２を有する液滴として保持することができる。
【００８１】
このとき、第１対向面５５は、水平面に対して角度θ４傾斜しているので、端部１５内方における水平面に対するみかけの接触角θ１は、第１対向面５５に対する液体１４の接触角θ３と、前記第１対向面５５の水平面に対する傾斜角θ４との和（θ３＋θ４）となる。また、端部１５外方における接触角θ２は、第１部材５４の第１側面５６に対する液体１４の接触角θ３と、第１側面５６が水平面とのなす角度θ５との和（θ３＋θ５）である。
【００８２】
（実施例）
以下に本発明の実施例を説明する。液体１４としてエポキシ樹脂を使用し、図１に示すセルフアライメント構造１１による第１および第２部材１２，１３のセルフアライメント精度を測定した。図１８は、セルフアライメント精度の測定に使用したセルフアライメント構造１１の各部材寸法を示す。第１部材１２である第１パッドは、銅合金からなり円柱状の形状を有する。第１パッド１２の寸法は、パッド径ｄ３（＝２ｒ）：6ｍｍ、パッド高さｔ１：１ｍｍである。第３部材１７には、シリコン（Ｓｉ）チップを用い、チップ１７の形状は、平面形状が正方形の平板である。チップ１７の寸法は、チップ辺の長さＬ：１６ｍｍ、チップ厚みｔ２：０．２３±０．０１ｍｍである。
【００８３】
第１パッド１２は、チップ１７の一方の平面６１上に４個設けられた。第１パッド１２は、チップ１７の一方の平面６１上において、第１パッド１２同志の側面間距離Ｃ１：２ｍｍ、チップ辺と第１パッド側面との距離Ｃ２：１ｍｍに配置して設けられた。このように構成されるチップ１７の重量Ｗは、３７×１０−５Ｎであった。
【００８４】
第２部材１３である第２パッドの素材、形状および寸法は、第１パッド１２と同一である。第４部材１８は、樹脂基板であり、その形状および寸法は、チップ１７と同一である。また、第２パッド１３は、第４部材１８である樹脂基板の一方の平面上に、図１８（ａ）に示すチップ１７の一方の平面６１上における第１パッド１２と同様に配置して設けられた。液体１４に使用したエポキシ樹脂の物理特性を表１に示す。
【００８５】
【表１】
0005514171.tif 000005
【００８６】
第２パッド１３の第２対向面３３上に液体１４であるエポキシ樹脂を供給し、エポキシ樹脂１４を介して第２パッド１３上に第１パッド１２を載置するｐｕｔｄｏｗｎ方式のセルフアライメント構造１１によって、セルフアライメント精度を測定した。
【００８７】
図１９は、セルフアライメント測定装置６２の構成を簡略化して示す系統図である。セルフアライメント測定装置６２は、試験片アライナ６３と、ＸＹＺθステージ６４と、試験片ホルダ６５と、試験片プッシャ６６と、レーザセンサ６７と、デコーダ６８と、高速度カメラ６９と、イメージプロセッサ７０とを含む。セルフアライメント精度の測定は、次のように行った。但し、絶対位置決め精度の測定は困難であるので、セルフアライメント構造１１において、エポキシ樹脂１４のセルフアライメント機能による位置決めが一旦行われた後、試験片プッシャ６６によって、第１パッド１２およびチップ１７を強制的に初期位置誤差ｂｏ変位させた。再度エポキシ樹脂１４によるセルフアライメント機能を発現させ、初期位置誤差ｂｏを与える前後のアライメント位置の変化を測定した。
【００８８】
まず、試験片アライナ６３により、図１８に示した第１パッド１２とチップ１７との配置、および第２パッド１３と樹脂基板１８との配置を定めてそれぞれを接合し準備する。第２パッド１３および樹脂基板１８をＸＹＺθステージ６４上に載置し、第２パッド１３の第２対向面３３上にエポキシ樹脂１４を供給する。次いで、第１パッド１２およびチップ１７を試験片ホルダ６５によって保持し、ＸＹＺθステージ６４上の第２パッド１３が置かれた位置まで搬送した後、試験片ホルダ６５による第１パッド１２およびチップ１７の保持を解放し、第２パッド１３上にエポキシ樹脂１４を介して第１パッド１２およびチップ１７を載置する。この状態で、セルフアライメント構造１１が構成され、エポキシ樹脂１４のセルフアライメント機能が発現し、第１および第２パッド１２，１３のセルフアライメントが行われる。エポキシ樹脂１４によってセルフアライメントされた第１および第２パッド１２，１３の位置を、レーザセンサ６７によって測定する。レーザセンサ６７の測定結果の出力は、デコーダ６８に入力されて数値データに変換される。
【００８９】
その後、試験片プッシャ６６によって、第１パッド１２およびチップ１７を強制的に初期位置誤差ｂｏ変位させる。変位させられた第１パッド１２およびチップ１７は、エポキシ樹脂１４のセルフアライメント機能によって再びセルフアライメントされる。再度セルフアライメントされた第１および第２パッド１２，１３の位置を、レーザセンサ６７よって測定し、強制的に初期位置誤差ｂｏを与える前後のアライメント位置を求めた。この強制的に初期位置誤差ｂｏを与える前後のアライメント位置の差を、セルフアライメント精度と呼び、評価の指標とした。エポキシ樹脂１４によるセルフアライメントの過程は、高速度カメラ６９によって撮影し、撮影画像は、イメージプロセッサ７０に含まれるモニタ７１によって観察し、Video Tape Recorder（ＶＴＲ）７２に記録し、コンピュータ７３によって画像の解析をする構成とした。以上に述べたセルフアライメント精度の測定方法は、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式におけるものである。ｐｕｌｌ  ｕｐ方式では、エポキシ樹脂を介して第１パッド１２およびチップ１７を、第２パッド１３によって吊上げる点が、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式と異なる点を除いて類似であるので、測定方法の説明を省略する。なお、ｐｕｌｌ  ｕｐ方式において使用したチップ１７重量Ｗは、６４．２６×１０−５Ｎであった。
【００９０】
セルフアライメント精度の測定結果を図２０および図２１に示す。図２０はｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式におけるセルフアライメント精度測定結果を示す図であり、図２１はｐｕｌｌ  ｕｐ方式におけるセルフアライメント精度測定結果を示す図である。図２０および図２１中の縦線印は、一つの初期位置誤差ｂｏについて４回アライメント精度を測定し、得られた測定結果のばらつきの範囲を表す。また図２０および図２１中の縦線上にある○印は、一つの初期位置誤差ｂｏについて４回測定したアライメント精度測定値の平均値を表す。
【００９１】
図２０に示したｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式および図２１に示したｐｕｌｌ  ｕｐ方式のいずれの場合においても、ほぼ０．４μｍ以下の高い精度で、第１および第２パッド１２，１３のセルフアライメント、すなわちチップ１７と樹脂基板１８とのセルフアライメントをすることができた。
【００９２】
さらに、図１８に示したセルフアライメント構造の部材において、チップ１７重量Ｗを変化させて、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式およびｐｕｌｌ  ｕｐ方式の両方によるセルフアライメントを行った。このとき、エポキシ樹脂１４によって形成される液滴が、チップ１７を支持して静的な釣合い状態を維持し、セルフアライメントをすることができるか否かを求めた。ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式において第２部材１３に供給したエポキシ樹脂１４の量は、第２部材１３の端部１６におけるエポキシ樹脂１４の初期接触角が、４５度になる量である。ここで、初期接触角とは、第２部材１３上にエポキシ樹脂１４を供給し、第１部材１２を第２部材１３上に載置する前の状態で、第２部材１３の端部１６に形成されるエポキシ樹脂１４の接触角である。ｐｕｌｌ  ｕｐ方式における第１部材１２へのエポキシ樹脂１４の供給量も、ｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式の場合と同一である。セルフアライメントをすることができなくなる限界のチップ１７重量を、臨界チップ重量と呼ぶ。この実験において求めた臨界チップ重量を、前述の静的な釣合い状態に基づいて液滴形状を求める数値解析によって求めたパッド半径ｒおよび臨界チップ重量の関係と比較し、数値解析の部材実装への適用可能性を検証した。
【００９３】
図２２はｐｕｔ  ｄｏｗｎ方式におけるパッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を示す図であり、図２３はｐｕｌｌ  ｕｐ方式におけるパッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を示す図である。図２２中の第１〜第４直線７４，７５，７６，７７は、臨界接触角βｓを１０度，１５度、２０度および３０度にそれぞれ仮定した場合に、数値解析によって得られたパッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を表す。また、図２２中の○印は、エポキシ樹脂１４による液滴が、チップ１７および第１パッド１２を支持し、セルフアライメントが可能であったことを表し、×印は支持不可能でセルフアライメントができなかったことを表す。図２３中の第５直線７８は、ｐｕｌｌ  ｕｐ方式において臨界接触角βｓを１５度に仮定した場合に、数値解析によって得られたパッド半径ｒと臨界チップ重量との関係を表す。図２３中の○印および×印の表す意味は、図２２の場合と同一である。
【００９４】
本実施例において使用されたエポキシ樹脂１４の、銅合金からなる第１および第２パッド１２，１３に対する臨界接触角βｓは、別途実験により１５度であることを確認した。本実施例であるパッド半径ｒが３ｍｍの場合における実験結果、すなわち図２２および図２３中の○印と×印との境界にあたるチップ重量と、臨界接触角βｓが１５度の場合の数値解析結果である図２２中の第２直線７５および図２３中の第５直線７８のパッド半径ｒが３ｍｍにおける臨界チップ重量とは、よく一致した。したがって、液滴の静的な釣合い状態に基づく数値解析を、セルフアライメントを利用して部材実装する場合の液滴形状の設計に適用することができる。
【００９５】
以上に述べたように、第１〜第７の実施の形態では、第１および第２部材１２，１３には、無端状の端部１５，１６がそれぞれ形成されるので、第１部材１２と第２部材１３との間に介在する液体１４（液状の樹脂材料）の水平面に対するみかけの接触角は、端部の内方と外方とにおいて変化する。すなわち端部の内方における液体１４のみかけの接触角θ１は、端部の外方における液体１４のみかけの接触角θ２未満である。このことによって、第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６まで液体によって濡れている状態で、液体１４は第１および第２部材１２，１３の端部１５，１６においてみかけの接触角θ２を有する液滴を形成するので、液体１４の表面張力によるセルフアライメント機能を発現させ、第１部材１２と第２部材１３との水平面に平行な方向の位置決めをすることができる。
【００９６】
また第１部材１２は、液体１４を介して第２部材１３によって吊上げられるので、第１部材１２は水平面に平行な方向に移動可能となる。このことによって、液体１４の表面張力によるセルフアライメント機能が発現され、第１部材１２と第２部材１３との水平面に平行な方向の位置決めをすることができる。
【００９７】
また第１部材１２は、液体１４を介して第２部材１３上に載置されるので、第１部材１２は水平面に平行な方向に移動可能となる。このことによって、液体１４の表面張力によるセルフアライメント機能が発現され、第１部材１２と第２部材１３との水平面に平行な方向の位置決めをすることができる。
【００９８】
また液体１４の表面張力に基づくセルフアライメント機能を利用し、第１部材１２または第２部材１３のいずれか１つを水平面に平行な方向に移動させて第１部材１２と第２部材１３との端部１５，１６の位置を整合させるので、高価な実装装置を使用することなく、第１部材１２と第２部材１３とを高精度に位置決めをすることができる。
【００９９】
また第１〜第７の実施の形態では、液体１４（液状の樹脂材料）は、エポキシ樹脂であるけれども、これに限定されることなく、ポリイミドであってもよく、またその他の液体であってもよい。そして例えば、液体１４（液状の樹脂材料）としてエポキシ樹脂またはポリイミドを用いることで、エポキシ樹脂またはポリイミドが液体の状態でセルフアライメント機能を発現させて、第１および第２部材１２，１３の位置決めをした後、エポキシ樹脂またはポリイミドを硬化させることによって第１部材１２と第２部材１３とを接着することができる。またエポキシ樹脂およびポリイミドを熱硬化させるときの加熱温度は、はんだの溶融温度未満の低温度であるので、電子部品および光素子等を熱劣化させることがない。また、第１部材１２と第２部材１３とは、同一の形状からなる構成であるけれども、これに限定されることなく、第１部材１２と第２部材１３とは形状が異なる構成であってもよい。また、第１部材１２と第２部材１３とは、同一の材質からなる構成であるけれども、これに限定されることなく、第１部材１２と第２部材１３とは材質が異なる構成であってもよい。また、第１および第２部材の水平面に平行な断面形状は、円形、リング状、長円形および楕円形であるけれども、これに限定されることなく、多角形などその他の断面形状であってもよい。また、第３部材１７はチップであり、第４部材１８は樹脂基板であるけれども、これに限定されることなく、第３部材１７を樹脂基板とし、第４部材１８をチップとする逆の組合せであってもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１１  セルフアライメント構造
１２  第１部材
１３  第２部材
１４  液体
１７  第３部材
１８  第４部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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